科技前沿与创新 朱 剑 英 教 授 南 京 航 空 航 天 大 学

1. 科技前沿与创新 朱 剑 英 教 授 南 京 航 空 航 天 大 学

2. 主 要 内 容 一、前言 二、科学技术简史 三、二十世纪的科学技术 四、二十一世纪的科学技术 五、科技创新

3. 前言科学技术的重要意义

4. 爱因斯坦的相对论 1) 狭义相对论：1905年，爱因斯坦在迈克 尔逊测量光速实验的基础上提 出了狭义 相对论，预示了能量的巨大蕴藏： E＝mc2 E一能量，m一质量，C一光速 2) 广义相对论：1915年又提出广义相对论， 揭示了时间、空间、物质、运动的普遍 规律。

5. 诺基亚的神话 芬兰的诺基亚公司原是生产橡胶鞋的工厂， 后来引进信 息技术，转变到生产手机的公司。2000年销售的手机占 领全球市场的37%。 诺基亚现在全球有雇员54000名，其中22000人在芬兰， 另有20000人在芬兰依附诺基亚而工作。 2000年3月诺基亚的市值达3000亿美元，超过欧 洲的任何 公司。2001年全球销售额250亿美元，大致相当芬兰政府 整个年财政预算。 诺基亚成为芬兰经济的火车头，它占了芬兰股市值的2/3， 和该国总出口的1/5，把500万芬兰人与世界上各地无形网 网络中的总计10亿人连起来。

6. 全球首富比尔•盖茨 1)比尔•盖茨1973年（19岁）离开哈佛大学从商, 1975年以5000美元资本创办微软，抓住信息技 术的关键—操作系统来发展企业,到1987年成 为亿万富翁，1994年成为世界首富，现已连续 九年居首位。 2《福布斯环球商业与金融》杂志（2003）报道， 盖茨的个人财产为410亿美元，比前一年减少 了100多亿美元。但比第二名沃伦.巴菲特还是 领先很多（沃伦.巴菲特的个人净资产为305 亿美元,去年为350亿美元） 。

7. 美国莱特兄弟

8. 莱特飞机首飞

9. 美国波音客机B747

10. 协和号客机

11. 协和号超音速客机：该機是目前世界上唯一在航線上運營的超音速商用運輸機。與它同時代的圖－144早已退出了競爭。1969年初試飛，1975年投入使用。飞行速度：M2.04,標准客座為100，最大客座為140，最大載重航程5000公里，起落噪音太大，于1979年停產，總共生產了20架。该机于2000年7月25日巴黎当地时间下午4点45分在巴黎东北郊戴高乐机场起飞后不久即坠毁，机上109人,地面5人罹难（见下右图）。2003年6月1日退出航运。协和号超音速客机：该機是目前世界上唯一在航線上運營的超音速商用運輸機。與它同時代的圖－144早已退出了競爭。1969年初試飛，1975年投入使用。飞行速度：M2.04,標准客座為100，最大客座為140，最大載重航程5000公里，起落噪音太大，于1979年停產，總共生產了20架。该机于2000年7月25日巴黎当地时间下午4点45分在巴黎东北郊戴高乐机场起飞后不久即坠毁，机上109人,地面5人罹难（见下右图）。2003年6月1日退出航运。

12. 波音7E7：7E7将设有200～250个座位，航程为7000～8000海里，其飞行速度与目前的777和747相当。未来20年的市场大约在3000架左右，波音7E7将在2004年初接受客户的正式定货，2008年投入市场运营。波音7E7：7E7将设有200～250个座位，航程为7000～8000海里，其飞行速度与目前的777和747相当。未来20年的市场大约在3000架左右，波音7E7将在2004年初接受客户的正式定货，2008年投入市场运营。

13. 空中客车A380

14. 空客A380:被称为“21世纪的旗舰”，乘坐它就会像住进豪华的五星酒店，它全长73米，高度约24米（相当7层楼高），翼展近80米，机内可停20辆双层巴士，航程8000海里。为双层机舱，可载客555-800人。比747大1/3，但是比747更安静。运营成本也比747减少50%，2006年投入商业运营。售价：2.3亿美元。空客A380:被称为“21世纪的旗舰”，乘坐它就会像住进豪华的五星酒店，它全长73米，高度约24米（相当7层楼高），翼展近80米，机内可停20辆双层巴士，航程8000海里。为双层机舱，可载客555-800人。比747大1/3，但是比747更安静。运营成本也比747减少50%，2006年投入商业运营。售价：2.3亿美元。

15. 苏37军用机

16. 美国战斗机F16

17. 邓小平同志的指示 1989年，邓小平同志讲： “科学技术是第一生产力；科学是了不起的事情，要重视科学，最终可能是科学解决问题”。

18. 二十一世纪的科学技术

19. 21世纪科学技术发展总趋势(1) 一、中心科学技术的转移 1.信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心科学 技术的地位还可持续四十年。 2.生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计 21世纪30年代开始将逐步转变为中心 科学技术。 3.认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计21世纪70 年代开始将成为科学技术发展的中心

20. 21世纪科学技术发展总趋势(2) 二、世界科技中心（地区或国家）的转移 中国（公元3世纪—公元13世纪）→ 意大利（1540年—1610年）→ 英国（1660年—1730年）→ 法国（1770年—1830年）→ 德国（1810年—1920年）→ 美国（1920年— ）→ 可能转向东方（日本、中国）

22. 从科学发现到技术发明

23. 高技术及其产业的领域 (1) 信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术） (2) 生物科学技术（包括生命科学技术） (3) 新能源科学技术（包括核能科学技术） (4) 新材料科学技术（包括纳米科学技术） (5) 环境科学技术（包括地球科学技术） (6) 航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术） (7) 海洋科学技术（包括地球科学技术） (8) 先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术） (9) 管理科学技术（包括软科学技术） (10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）

24. 21世纪改变人类的科学技术 科学 技术 物质科学 信息技术 生命科学 生物技术 纳米技术 能源技术

26. 12个重大关键技术攻关项目 1. 超大规模集成电路和软件 2. 信息安全与电子政务及电子金融 3. 功能基因组与生物芯片 4. 电动汽车 5. 高速磁悬浮列车 6, 创新药物与中药现代化 7. 主要农产品深加工 8. 奶业发展 9. 食品安全 10. 节水农业 11. 水污染治理 12. 重要技术标准

27. 信息科学技术

29. 21世纪的电脑

30. 21世纪的微电子技术

31. 我国信息产业已驶上高速路（1） (1)“九五”期间我国信息产业年平均增长速度达到31.4%，2000年中国信息产业总产值突破了1万亿元, 已成为工业经济的第一支柱。 (2)2000年生产计算机860万台，工业总产值达2800亿元，全国计算机2000年的总拥有量达3000万台。2002年8月统计,我国家庭拥有电脑900多万台,普及率达18.3%。 (3)彩电2000年生产3742万台（日本仅1000万台），国内需求仅1000万台/年，还有2000多万台需外销。 (4)2000年固定电话总数达1.3亿部。移动电话总数达7500万户，固定、移动电话总数已突破2亿户，跃居世界第二位。2002年7月固定、移动电话总数达3.8亿户，其中固定电话达到2.01亿户,移动电话达到1.8亿户,已大大超过美国,居世界第一位。 (5)2000年生产程控交换机4637万线、移动通信交换机3630万线、集成电路50亿块。

32. 我国信息产业已驶上高速路（2） （6）2000年上网户数为2250万户，2001年为4000万户，预计2005年将达到2亿户，上网普及率达15%左右； （7）九五期间，网络带宽从几百千比特增长到200多兆，翻了数千倍； （8）十五期间，中国的信息产业继续保持20%的高速增长，市场规模比2000年翻一番，固定、移动电话网规模容量将跃居世界第一位，电话用户总数达到5亿户，全国电话普及率达到40%。到2010年，信息产业市场规模再翻一番。也就是说，未来十年，信息产业将翻两番。

33. 在信息化过程中值得注意的若干问题（1） 1）信息化带动工业化，但不能代替工业化； 2）信息化与工业化要均衡发展，网络与传统产业脱 节会形成信息泡沫； 3）信息技术只是工具，它本身不是产品； 4）只有制造业才能把信息技术转化为生产力； 5）发达国家，信息产业的产值占GDP的40%-60%, 目前我国信息化的水平不到发达国家的 10%，离 现代化的要求还很远； 6）2001年全球个人电脑销售1.28亿台,比上年降低4.6%, 美国销售4400万台,降低11.1%；

35. 生物科学技术

36. 细胞的结构 细胞质中有线粒体； 组成：细胞膜、细胞质(蛋白质)、细胞核; 细胞核由染色体组成(人体有23对)； 染色体：由成对出现的条状体(DNA经蛋 白质包装)组成； DNA：称脱氧核糖核酸，其基本单元是脱 氧核苷酸； 基因：是有遗传效应的DNA片段。

37. DNA 双螺旋结构

40. 克隆羊“多利”的照片

41. 01年11月25日美国马萨诸塞州伍斯特先进细胞技术公司宣布，首次利用克隆技术培育出人类早期胚胎。01年11月25日美国马萨诸塞州伍斯特先进细胞技术公司宣布，首次利用克隆技术培育出人类早期胚胎。

42. 人 脑 ●人脑有大脑、小脑、桥脑、髓质四部分，有1000亿个神 经元，每个神经元与2万个其他神经元联系，总计有 2000万亿个神经网络。 ●左大脑分为理解语言和形成句子(说话)两个区域，两区 域互有联系。破坏任一部分或其间联系，就发生问题。 ●右大脑能进行图像识别和艺术思维。是大脑主管创新思 维的部分。 ●左(右)脑分别联系人体的右(左)部分。锻炼人的左(右) 手(脚)能提高人脑右(左)部分的功能。 ●电脑能模拟逻辑思维，很难理解图形和艺术。 ●人脑的思维、想像、情感的奥秘远未揭开。 ●人脑的研究将形成智能(认知)科学，它是带动下世纪一 切基础科学研究的科学。

43. 纳米技术

44. 什么是纳米科技？ 纳米是10－9m，是1毫米的百万分之一（原 子 的直径在0.1-0.3个纳米之间）； 纳米科技是指在纳米尺度（1nm到100n）上研 究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和 相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉 的科学和技术。 纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物 质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化 学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。

45. 著名学者对纳米科技的看法（1） 1.诺贝尔物理学奖获得者H.Rohrer给江泽民总书记一封信中写道: “150年前,微米成为新的精度标准,奠定了工业革命的基础,最早和最好学会使用微米科技的国家,都在工业发展中占据了巨大的优势,同样,未来的科技将属于那些明智地接受纳米作为新标准并首先学习和使用它的国家。” 2.美国IBM公司首席科学家Armstrong从信息技术角度论述说: “正像20世纪70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一世纪信息革命的核心。”

46. 著名学者对纳米科技的看法（2） 3.著名科学家钱学森预言: “纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点,会是一次技术革命,将引起21世纪又一次产业革命。” 4.著名材料科学专家、两院院士师昌绪先生多次撰文呼吁： “纳米材料是纳米科技的基础和先驱，是我国应进一步加大支持和发展的高技术之一。”

47. 纳米材料的奇异特性（1） 1. 表面效应 大于0.1微米的颗粒的表面效应可忽略不计,小于0.1微米 的1克超微颗粒的表面积可高达100平方米; 2. 小尺寸效应 1) 特殊的光学性质: 金属超微颗粒对光的反射率很(低 于1%)，利用这一性质,可作高效率光热、光电转换材料，制 作太阳能电池、红外敏感、隐身元件； 2) 特殊的热学性质: 超微颗粒的熔点将显著降低，如金 的常规熔点为1064C，而到2纳米尺寸时仅为327C；银的常规 熔点为670C，而超微银颗粒的熔点可低于100C； 3）特殊的磁学性质: 超微磁颗粒的矫顽力可增加1千倍， 利用此性质可做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量用于磁带、 磁盘、磁卡；

48. 纳米材料的奇异特性（2） 4）特殊的力学性质：纳米陶瓷材料具有良好的韧性，纳米晶粒的金属要比原粗晶粒的金属硬3-5倍； 5）其它特殊的性质：超微颗粒的小尺寸效应还有其它的超导电性、介电性能、声学性能及化学性能； 3. 宏观量子隧道效应 1) 量子尺寸效应:介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒会呈现出反常的特性，称之为量子尺寸效应，如导电金属超微颗粒可以变成绝缘体，光谱线会产生向短波长方向移动； 2）宏观量子隧道效应：超微颗粒的一些物理量会显示出隧道效应，称为宏观量子隧道效应，如电路尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法工作。

49. 纳米科技的重要意义 1.纳米科技将促使人类认知的革命 2.纳米科技将引发一场新的工业革命 3.纳米科技将推动各门科学和技术的发展 4.纳米科技将影响人们的健康和生活 5.纳米科技将增强国防实力和国家安全

50. 纳米科技不可炒作 去年有一时期,社会上对纳米科技炒作过多,不少企业宣布已见分晓推出纳米洗衣机、纳米冰箱、纳米汽车、纳米水•••等等。“纳米洗衣机”实际上是外筒内壁加了点纳米涂料，没有多少作用。“纳米水”更是假冒产品。 我国现有300余家纳米科技企业，绝大部分成立仅一年左右，资金一般不超过100万元，人才匮乏，纳米成果产业化率很低，不足20%，这些企业热衷于炒作纳米概念以作广告。 纳米已走近百姓的谈法过早，现在还不能说“纳米时代”已经来临，纳米科技的基础研究很薄弱。 纳米科技的成熟应用至少还要过20年。